流变混凝土骨料运动模拟试验研究.pdf
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1、弟1 9雹 弟l期 2 01 6年 2月 建巩 种 -T -佩 J 0URNAL OF BU1 LDI NG M ATE RI ALS Vo1 1 ,l O1 F e b , 2 O I 6 文 章 编 号 : 1 0 0 7 9 6 2 9 ( 2 O 1 6 ) 0 1 一 。 0 2 2 一 O 7 流变混凝 土骨料运 动模拟试验研究 田正宏 一, 李旭航 , 朱飞鹏。 , 彭志海 ( 1 河海大学 水文水资源与水利工程科学国家重点实验室 , 江苏 南京 2 1 0 0 9 8 ; 2 河海大学 水利水 电学院,江苏 南京 2 1 0 0 9 8 ; 3 河海大学 力学与材料学院, 江苏
2、 南京 2 1 0 0 9 8 ;4 中国水利水 电第七工程局有 限公司 ,四川 成都 6 1 0 0 8 1 ) 摘 要 :用卡 波姆 凝胶 配制 与 流 变混凝 土浆 体 流 变 性 能 等效 的 透 明 浆体 , 通过 可视 化 物模 试 验模 拟 得 到流 变混 凝 土骨料 的运 动规 律 基 于真 实与模 拟 介 质 流 动 图像 、 振 动 骨料 分 布 实 时一 致性 原 则 , 分析 了拌和物流动过程形变、 振动骨料沉 降特点及其 形成机理 结果表 明: 流变混凝土基 于等效流 变性能的可视化模拟 方法独特 可行 , 可直观 获取骨料沉降运动规律 以及速度场、 位移场等运动形
3、态参数 , 为进一 步研 究 流 变混凝 土的本 构 关 系及 颗 粒接 触模 型提 供基 础 关键词 :流变混凝土 ;可视化模拟 ;透明浆体 ;运动形态参数 中 图分 类 号 : TQ1 7 2 1 文献标 志码 : A d o i : 1 0 3 9 6 9 j i s s n 1 0 0 7 9 6 2 9 2 0 1 6 0 1 0 0 4 Ex pe r i me nt a l S i mu l a t i o n S t u d y o n Ag g r e g a t e M o t i o n o f Rhe o l o g i c a l Co nc r e t e TI A
4、 N Zhe n gho n g ”,LI Xuh ang , ZH U Fe i pe ng。,PEN G Zhi h ai ( 1 St a t e Ke y La bo r a t o r y o f Hydr o l o gy - W a t e r Re s our c e s a n d Hyd r a u l i c Engi n e e r i n g,Ho ha i Uni v e r s i t y, Na n j i n g 2 1 0 0 9 8,Ch i n a;2 Co l l e g e o f W a t e r Co n s e r v a n c y a n
5、 d Hy d r o p o we r En g i n e e r i n g,Ho h a i Un i v e r s i t y, Na n j i n g 2 1 0 0 9 8,Ch i n a ;3 C o l l e g e o f Me c h a n i c a 1 a n d Ma t e r i a l s ,Ho h a i Un i v e r s i t y ,Na n j i n g 2 1 0 0 9 8,Ch i n a ; 4 S i n o h y d r o Bu r e a u S e v e n t h C o ,Lt d ,C h e n g
6、d u 6 1 0 0 8 1 ,Ch i n a ) Ab s t r a c t :Vi s u a l p hys i c a l mod e l e xp e r i m e nt of a g g r e ga t e s mot i o n l a w we r e c a r r i e d o ut v i a t r a ns p a r e nt a d he s i v e pr e p a r e d f r om c a r bo m e r g e l wi t h e q ui v a l e n t r he ol og i c a l p r op e r t
7、 i e s o f f r e s h c on c r e t e Ba s e d on t he p r i nc i p l e of c o ns i s t e nc y i n b o t h r e a l t i m e i m a g e o f f l ow p r oc e s s a nd r e a l a gg r e g a t e d i s t r i bu t i o n f r om f r e s h m o r t a r a nd t r a n s p a r e nt a d he s i v e,t h e m e c ha ni s m
8、o f r he o l og i c a l de f o r m a t i on o f m o r t a r a n d a gg r e ga t e s e t t l i n g c h a r a c t e r i s t i c s f o r c e d v i b r a t i o n wa s a n a l y z e d Re s u l t s i n d i c a t e t h a t v i s u a l s i mu l a t i o n me t h o d o f f r e s h c o n c r e t e b a s e d o
9、n e q u i v a l e n t r h e o l o g i c a l p r o p e r t i e s i s u n i q u e a n d f e a s i b l e ,a n d f r o m t h e e x p e r i me n t s t h e a g gr e g a t e s s e t t l e m e n t mo t i o n l a w i e ,di s pl a c e m e nt f i e l d s,v e l o c i t y f i e l ds a nd o t he r mot i o n mO r
10、p ho l og i c a l pa r a m e t e r s c a n be d i r e c t l y o bt a i ne d, whi c h pr o v i de v i t a l f o un da t i o n on t h e a n a l ys i s o f c o ns t i t ut i ve r e l a t i o n s h i p a nd g r a i n c o nt a c t m o d e l o f r he o l o gi c a l c o nc r e t e Ke y wo r d s:r he o l o
11、g i c a l c o nc r e t e;v i s u a l s i mul a t i on;t r a ns pa r e nt a dhe s i v e;mot i o n m o r pho 1 o gi c a l p a r a m e t e r 在混凝土流变性数值仿真研究方 面, T a n i g a wa 等叫基于 B i n g h a m 流变模 型分别采用黏塑 性连续 介质有限单元法和非连续介质黏塑性悬浮单元法模 拟了混凝 土的流动性 ; P u r i 等嘲采用离散单元法进 行了相似研究 , 将流变混凝土视为两相材料( 砂浆为 外层 黏 结 剂 , 粗
12、 骨 料 为 球 形 颗 粒 单 元 核 心 ) ; 此 后 R o u s s e l 。 用三维黏弹塑性方法模拟 流变混 凝土流 动过程 , 其边界条件合理性得以进一步增强 虽然数 值模拟有效避免 了复杂试验并提 高了研究效率 , 但 均未得到可靠物模试验验证 , 因此其理论表征准确 收稿 日期 : 2 0 1 4 0 7 3 0 ;修订 日期 : 2 0 1 4 0 9 2 3 基金项 目: 国家 自然科学基 金资 助项 目( 5 1 2 7 9 0 5 4 ) 第一作者 : 田正宏 ( 1 9 6 6 一 ) , 男 , 江苏扬 州人, 河海大 学教授 , 博 士生 导师 , 博士 E
13、 ma i l : z h - t i a n h h u e d u c n 第 1 期 田正宏, 等: 流变混凝土骨料运动模拟试验研究 性与可行性还有待进一步检验 有学者通过物模试验研究 了混凝土流变性 , 尤 其是骨料运动分布规律 如 Kh a y a t 等 4 采用将硬化 混 凝 土切 片 , 测 量 表 面 粒 径 大 于 5 mm 骨 料 所 占面 积 比例的试验 方法 , 获取 振动骨料 沉降规 律 ; R o l s 等 5 通过对振后骨料过不同孔径筛网后冲洗称重 的 方法来分析骨料分布 这些试验方法皆粗略得 到了 骨料运动特性 , 但模型试验不直观, 且缺乏振动过程 骨 料
14、分 析 混凝土流变性大多采用 B i n g h a m流体模型 6 - 8 进 行 简 化研 究 在 材 料 组 成 方 面 , 流 变 混 凝 土 可 简 化为浆体和骨 料 的混 合 物 , 浆 体 流变 性能决 定 拌 和物工作性L 9 但深入研究流变混凝 土 内部 流变特 征 时 会 面 临 2个 问题 : 一 是 由于 混 凝 土 内 部 不 可 视 , 导致骨料运 动规 律很难直接 获得 ; 二 是浆体在 振 动 状态 下 出 现 液 化 , 屈 服 应 力 和 塑 性 黏 度 显 著 降低 普通物模试验不能模拟其振动条件下 的流变 性变化 , 这为 建立正 确 的受振 流 变混凝
15、 土本 构关 系 带来 困难 本文尝试配置与流变混凝土浆体流变性能等效 的透明浆体 , 来可视化研究浆体内部骨料运动规律 因浆体透明度高且具有同样的振动液化特征 , 将 流 变参数相同的透明浆体与真实浆体在相同条件下的 流动过程图像进行量化对 比, 分析这两种介质 的流 态相似程度、 形变速度及流动一致性 分析受振球体 骨料在透明浆体和卵石骨料在真实浆体中运动分布 的实时一致性 , 进而获取振动条件下真实骨料沉 降 过程的速度场和位移场等运动形态参数 , 为建立可 靠的颗粒接触模型和流变混凝 土本构关系提供 必要 的试验 方法 1 试 验 1 1 原 材 料及 仪器 1 1 1 原 材料 采用
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